DE69630196T2 - Empfänger mit verzerrungsfreiem Schaltmischer - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Empfänger, der einen Mischer für die Frequenzverschiebung eines Informationssignals enthält, und insbesondere einen Empfänger, der einen preisgünstigen Zerhackermischer ohne Verzerrung, die durch den Durchgang des Signals durch einen Halbleiterübergang hervorgerufen wird, enthält.
- Signalmischer werden in Überlagerungsempfängern verwendet, um die Frequenz eines Informationssignals zu verschieben. Ein Ursprungssignal, wie zum Beispiel ein Rundfunk-HF-Signal, das von einer Antenne empfangen wurde, wird auf eine vorbestimmte Frequenz verschoben, wo das Informationssignal gefiltert wird, um Nachbarsignale und Bildprodukte zu entfernen. Eine typische Zwischenfrequenz (ZF), die in einer amplitudenmodulierten Abstimmvorrichtung (AM Tuner) verwendet wird, beträgt 450 kHz.
- Audioanlagen, einschließlich Rundfunkempfänger, nutzen immer mehr die digitale Verarbeitung von Audiosignalen, um verbesserte Audioleistung und niedrige Kosten bereitzustellen. Um ein analoges Signal, wie zum Beispiel ein amplitudenmoduliertes ZF-Signal, digital zu verarbeiten, muß das Signal in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert werden. Der Preis eines Analog-Digital-Wandlers steigt jedoch, wenn hochfrequente analoge Signale zu wandeln sind. Folglich muß ein amplitudenmoduliertes ZF-Signal zuerst in der Frequenz auf einen ausreichend niedrigen Wert verringert werden, um die einfache digitale Wandlung des Signals zu ermöglichen. Es ist jedoch nicht wünschenswert, lediglich die Frequenz zu verringern, bei der das ZF-Signal ursprünglich erzeugt wurde, weil eine höhere Zwischenfrequenz notwendig ist, um die korrekte Bildunterdrückung bereitzustellen.
- Außerdem erfüllt es das Ziel der Herstellung eines preisgünstigen Empfängers, um preisgünstige integrierte Schaltkreise zu verwenden, welche die standardmäßige Zwischenfrequenz von 450 kHz verwenden können.
- EP-A-0 590 191 beschreibt einen Frequenzwandler, der einen Eingangsfilter umfaßt, um ein Eingangssignal einer ersten Frequenz an ein Schaltelement in der Form des Feldeffekttransistors zu übertragen. Das Schaltelement empfängt ein Oszillatorsignal einer zweiten Frequenz an seiner Steuerklemme, um das Eingangssignal zu zerhacken. Ein Ausgangssignal bei einer dritten Zwischenfrequenz wird von dem Schaltelement über ein Ausgangsfilter empfangen.
- Ein Artikel von Yhland et al., betitelt "A NOVEL SINGLE DEVICE BALANCED RESISTIVE HEMT MIXER", IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Orlando, 16.–20. Mai 1995, Vol. 3, 16. Mai 1995, Seiten 1411–1414, XP000552972, beschreibt die FET-Topologie einer Mischerausführung, die als zwei parallelgeschaltete Vorrichtungen mit einer Gateelektrode, einer Drainelektrode oder Ableitungselektrode und zwei Sourceelektroden ausgelegt ist. Der lokale Oszillator wird an das FET-Gate angelegt, bewirkt, daß der Kanalwiderstand zwischen hohem und niedrigem Wert umgeschaltet wird. Das HF-Signal, welches amplitudengleich und gegenphasig an dem Drain und dem Source des FET angelegt wurde, wird durch den lokalen Oszillator moduliert, indem ein ZF-Signal in dem Kanal erzeugt wird.
- Nach der vorliegenden Erfindung wird nun ein Rundfunkempfänger bereitgestellt, der umfaßt: einen Zwischenfrequenzabschnitt (ZF-Abschnitt), einschließlich einer analogen Abstimmvorrichtung, die ein ZF-Signal aus einem Hochfrequenz-Rundfunksignal (HF-Rundfunksignal) erzeugt; einen Analog-Digital-Wandler, der das ZF-Signal digitalisiert; und einen digitalen Signalprozessor, der das digitalisierte ZF-Signal demoduliert; dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer bereitgestellt wird, um das ZF-Signal vor der Zuführung zu dem Analog-Digital-Wandler abwärtszuwandeln, wobei der Mischer umfaßt; ein Eingangsfilter, das angeschlossen wird, um das ZF-Signal an einen Zerhackerübergang zu übertragen; Oszillatormittel für das Erzeugen eines Rechteckwellensignals, das eine Festfrequenz aufweist, die nicht gleich einer Frequenz des ZF-Signals ist; einen Feldeffekttransistor, der einen ersten und einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüsse und einen Steueranschluß aufweist, wobei der erste Eingangs-/Ausgangsanschluß mit einem Zerhackerübergang verbunden wird, wobei der zweite Eingangs-/Ausgangsanschluß mit Erde verbunden wird, und wobei der Steueranschluß mit den Oszillatormitteln verbunden wird, um das Rechteckwellensignal zu empfangen, so daß der Feldeffekttransistor das ZF-Signal in Übereinstimmung mit der Rechteckwelle zerhackt, um ein abwärtsgewandeltes ZF-Signal zu erzeugen; und ein Ausgangsfilter, das einen Eingang aufweist, der mit dem Zerhackerübergang gekoppelt wird, wobei das Ausgangsfilter einen Frequenzgang für das Auswählen des abwärtsgewandelten ZF-Signals aufweist.
- Die vorliegenden Erfindung weist den Vorteil der Bereitstellung einer preisgünstigen Schaltung auf, um eine relativ hohe Zwischenfrequenz zu einer abwärtsgewandelten Zwischenfrequenz zu mischen, ohne eine Verzerrung in das Informationssignal einzubringen. In dem Fall eines digitalen Rundfunkempfängers können preisgünstige Analog-Digital-Wandler verwendet werden, um die abwärtsgewandelte Zwischenfrequenz zu digitalisieren, während eine minimale Anzahl von zusätzlichen Bauelementen verwendet wird.
- Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
1 ein Blockschaltbild ist, das einen zerhackerbasierten Mischer für einen Empfänger nach der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 ein Informationssignal vor dem Mischen zeigt; -
3 ein Rechteckwellenmischsignal zeigt; -
4 ein zerhacktes Informationssignal zeigt; -
5 ein frequenzgetastetes Informationssignal zeigt, nachdem das zerhackte Signal tiefpaßgefiltert ist; -
6 ein Blockschaltbild eines Rundfunkempfängers zeigt, der die vorliegende Erfindung bildet; und -
7 ein Schaltbild ist, das den zerhackerbasierten Signalmischer der vorliegenden Erfindung in größerer Einzelheit zeigt. -
1 zeigt einen Signalmischer10 , der ein Informationssignal als ein Eingangssignal empfängt und ein frequenzgetastetes Signal als ein Ausgangssignal erzeugt. Die Mischfunktion wird durchgeführt, ohne eine Verzerrung zu erzeugen, weil das Informationssignal niemals durch einen Halbleiterübergang geht, welcher andernfalls eine Quelle der Verzerrung sein würde. Statt dessen "zerhackt" oder "tastet" ein Feldeffekttransistor (JFET) mit P-Kanalübergang das Informationssignal gemäß einem Rechteckwellensignal "ab", welches die Funktion eines lokalen Oszillatorsignals erfüllt. - Der JFET weist einen ersten und einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß auf, der einem Schalter ähnlich ist, um entweder einen fast offenen Stromkreis oder einen fast kurzgeschlossenen Stromkreis zwischen den Anschlüssen zu erzeugen.
- Der Mischer
10 enthält einen JFET (Sperrschichtfeldeffekttransistor)11 . Das Informationssignal geht durch ein passives Dämpfungsglied/Filter12 und wird mit dem Sourceanschluß von dem JFET11 gekoppelt. Der Gateanschluß von dem JFET11 wird mit dem Rechteckwellensignal des lokalen Oszillators gekoppelt. Der Drainanschluß von dem JFET11 wird mit Erde verbunden. Der JFET11 ist in der veranschaulichten Ausführungsform ein P-Kanal-JFET, obgleich andere Typen von Feldeffekttransistoren verwendet werden können. Der Sourceanschluß von dem JFET11 wird außerdem an den Eingang eines Tiefpaßfilters13 angeschlossen. - Im Betrieb wird der JFET
11 durch das Rechteckwellensignal, welches das Informationssignal mit der Geschwindigkeit des Rechteckwellensignals zerhackt, eingeschaltet und ausgeschaltet. Somit multipliziert der Mischer das Informationssignal wirksam mit einer Rechteckwelle, die einen Wert von "1" aufweist, wenn der JFET ausgeschaltet ist, und von "0", wenn der JFET eingeschaltet ist, indem auf diese Weise Signale bei den Summen- und Differenzfrequenzen wie in jeder Mischoperation erzeugt werden. In der vorliegenden Erfindung wird das Mischen durchgeführt, ohne das Signal durch einen Halbleiterübergang zu übertragen. Das Ausgangssignal geht anschließend durch ein Filter13 , so daß nur das gewünschte Mischprodukt (z. B. Differenzsignal) an den Ausgang des Mischers übertragen wird. - In einem digitalen System läßt sich ein Rechteckwellen-Oszillatorsignal bei fast jeder gewünschten Frequenz erzeugen, zum Beispiel kann eine Mikroprozessor-Taktschaltung die Grundlage für ein geeignetes Oszillatorsignal bereitstellen. Die Mischschaltung
10 kann folglich zu geringem Preis realisiert werden, da nur wenige einfache Bauelemente erforderlich sind. -
2 zeigt ein amplitudenmoduliertes Informationssignal vor der Eingabe an den Mischer. Zum Beispiel kann ein amplitudenmoduliertes ZF-Signal eine Frequenz von 450 kHz und eine variable Amplitude aufweisen, welche die Informationen (z. B. Audiosignal) codiert, wie durch die Signalhüllkurve dargestellt ist. -
3 zeigt ein Rechteckwellensignal für das Mischen mit dem Informationssignal von2 . Das Rechteckwellensignal weist einen Tastgrad von 50% auf und weist eine Frequenz auf, die sich von der Frequenz des Informationssignals durch einen Wert unterscheidet, der gleich der gewünschten Endfrequenz des frequenzgetasteten Signals ist. Zum Beispiel kann das Rechteckwellensignal von 459,5 kHz eines lokalen Oszillators verwendet werden, um ein frequenzgetastetes oder frequenzgeschobenes Signal bei 9,5 kHz zu erzeugen. -
4 veranschaulicht das zerhackte Informationssignal, das an dem Sourceanschluß von dem JFET11 in1 erscheint. Wenn der JFET11 ausgeschaltet ist, ist das zerhackte Signal in4 gleich dem ursprünglichen Informationssignal. Wenn der JFET11 eingeschaltet ist, ist das Signal in4 gleich annähernd 0 Volt aufgrund einer Niedrigimpedanzverbindung zu Erde über JFET11 und aufgrund der Eingangsimpedanz, die durch das Filter12 bereitgestellt wird. -
5 zeigt das frequenzgetastete Signal nach der Ausgangsfilterung in Filter13 , so daß das frequenzgetastete Signal die gleiche Informationsumhüllende codiert, aber unter Verwendung einer viel niedrigeren Trägerfrequenz. Folglich kann das analoge frequenzgetastete Signal viel leichter für die digitale Signalverarbeitung digitalisiert werden. - Ein Rundfunkempfänger, der die vorliegende Erfindung enthält, ist in
6 gezeigt. Eine Antenne20 empfängt Rundfunksignale und stellt ein HF-Signal an eine analoge Abstimmvorrichtung21 bereit. Zum Beispiel kann das HF-Signal ein amplitudenmoduliertes Rundfunksignal sein und die analoge Abstimmvorrichtung21 kann eine doppeltmischende amplitudenmodulierte Abstimmvorrichtung enthalten, die ein amplitudenmoduliertes ZF-Ausgangssignal bei 450 kHz bereitstellt. Das amplitudenmodulierte ZF-Signal wird an einen Zerhackermischer22 zur Abwärtswandlung bereitgestellt. Ein Mikrocontroller23 , welcher den Betrieb des Empfängers steuert, koordiniert den Betrieb der analogen und digitalen Rundfunkfunktionen. Der Mikrocontroller23 enthält ferner einen pulsbreitenmodulierten (PWM/pulse width modulated) Ausgang für die Bereitstellung eines Rechteckwellensignals bei einer beliebigen auswählbaren Frequenz. In der bevorzugten Ausführungsform weist das pulsbreitenmodulierte Rechteckwellensignal einen Tastgrad von 50% und eine Frequenz von 459,5 kHz auf. - Ein abwärtsgewandeltes ZF-Signal, das eine Frequenz von 9,5 kHz aufweist, wird vom Zerhackermischer
22 an den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers24 bereitgestellt. Eine digitalisierte oder getastete Version der abwärtsgewandelten ZF wird an einen digitalen Signalprozessor (DSP)25 bereitgestellt, der die Demodulation des abwärtsgewandelten und digitalisierten amplitudenmodulierten ZF-Signals durchführt. Der DSP25 kann ebenfalls Stereodemodulation bereitstellen, wie zum Beispiel die CQUAM-Demodulation (CQUAM/Compatible Quadrature Amplitude Modulation/Anpassungsfähige Quadraturamplitudenmodulation). Das regenerierte Informationssignal wird vom DSP25 an den Eingang eines Digital-Analog-Wandlers26 zum Erzeugen des linken und rechten und des vorderen und hinteren Audiosignals bereitgestellt. - Der Zerhackermischer
22 ist in7 detaillierter dargestellt. Das Eingangsfilter12 empfängt an seiner Eingangsklemme oder Eingangsanschluß30 ein Zwischensignal 450 kHz. Ein Hochpaßfilter, das die Kondensatoren31 und34 und die Widerstände32 ,33 und35 umfaßt, sperrt die unerwünschten Audiofrequenzbestandteile, die von der analogen Abstimmvorrichtung kommen. Ein Reihenwiderstand36 stellt eine Impedanz von 30 kOhm bereit, um die Dämpfung und die Isolation zwischen dem JFET11 und der analogen Abstimmvorrichtung bereitzustellen (und insbesondere um die Isolation zwischen dem Rechteckwellensignal des lokalen Oszillators und der Abstimmvorrichtung bereitzustellen). Folglich wird der Ausgang des Widerstandes36 mit dem Sourceanschluß von dem JFET11 verbunden. Der Ausgang des Widerstandes36 wird ebenfalls mit Erde über einen Vorspannungswiderstand37 gekoppelt. - Der Gateanschluß von JFET
11 empfängt das Mischsignal der Rechteckwellen-Pulsbreitenmodulation über eine Klemme oder Anschluß40 . Ein Vorspannungswiderstand41 wird zwischen dem Gateanschluß und Erde gekoppelt. - Das zerhackte Ausgangssignal, das an dem Sourceanschluß vom JFET
11 auftritt, wird an den Eingang des Nachmischerfilters13 über einen Kopplungskondensator45 bereitgestellt. Das Filter13 besteht vorzugsweise aus einem zweistufigen aktiven Tiefpaßfilter, das ein Paar von Operationsverstärkern46 und47 enthält. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers46 empfängt das zerhackte Informationssignal plus eine Vorspannung, die über einen Widerstand48 empfangen wird, der mit einer Festspannung +5 Volt gekoppelt ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers46 empfängt ebenso eine feste Vorspannung +5 Volt über einen Widerstand50 . Ein Rückkopplungswiderstand51 und ein Rückkopplungskondensator52 sind parallel von dem Ausgang des Operationsverstärkers46 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers46 angeschlossen. Die Spannung wird am Operationsverstärker46 an der Verbindung eines Widerstandes53 und Kondensators54 angelegt, welche zwischen einer Versorgung +10 Volt und Erde angeschlossen werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers46 wird mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers47 über einen Kopplungswiderstand55 gekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers47 wird an eine Versorgung +5 Volt angeschlossen. Der Rückkopplungswiderstand56 und der Rückkopplungskondensator57 werden parallel zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers47 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers47 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers47 wird durch einen Widerstand60 und einen Kondensator61 RC-gefiltert. - Das aktive Filter
13 filtert das Durchschlagen lokaler Oszillatorsignale heraus, die in dem JFET-Ausgangssignal enthalten sind, und filtert unerwünschte Mischprodukte heraus. Ein aktives Filter wird verwendet, um die Signalverstärkung bereitzustellen, um den dynamischen Bereich des Ausgangssignals mit dem dynamischen Bereich des Analog-Digital-Wandlers anzupassen. Folglich wurde ein amplitudenmoduliertes ZF-Signal von 450 kHz auf ein amplitudenmoduliertes ZF-Signal von 9,5 kHz abwärtsgewandelt. - Legenden zu den Figuren Figur 1
INFORMATION SIGNAL INFORMATIONSSIGNAL SQUARE WAVE SIGNAL RECHTECKWELLENSIGNAL FILTER FILTER FILTER FILTER FREQUENCY-SHIFTED SIGNAL FREQUENZGETASTETES SIGNAL MICROCONTROLLER MIKROCONTROLLER PWM PULSBREITENMODULATION ANALOG TUNER ANALOGE ABSTIMMVORRICHTUNG AM IF AMPLITUDENMODULIERTE ZWISCHENFREQUENZ CHOPPER MIXER ZERHACKERMISCHER DOWN-CONVERTED IF ABWÄRTSGEWANDELTE ZWISCHENFREQUENZ A/D CONVERTER ANALOG-DIGITAL-WANDLER DSP DIGITALER SIGNALPROZESSOR D/A CONVERTER DIGITAL-ANALOG-WANDLER LF LINKS VORN RF RECHTS VORN LR LINKS HINTEN RR RECHTS HINTEN 495.5 kHz PWM 495,5 kHz PULSBREITENMODULATION 450 kHz IF 450 kHz ZWISCHENFREQUENZ INPUT FILTER 12 EINGANGSFILTER 12 9.5 kHz IF 9,5 kHz ZWISCHENFREQUENZ POST-MIX FILTER 13 NACHMISCHFILTER
Claims (6)
- Rundfunkempfänger, umfassend: einen Zwischenfrequenzabschnitt (ZF-Abschnitt), der eine analoge Abstimmvorrichtung (
21 ) enthält, die ein ZF-Signal aus einem Hochfrequenz-Rundfunksignal erzeugt; einen Analog-Digital-Wandler (24 ), der das ZF-Signal digitalisiert; und einen digitalen Signalprozessor (25 ), der das digitalisierte ZF-Signal demoduliert; dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer (22 ) bereitgestellt wird, um das ZF-Signal vor Zuführung zu dem Analog-Digital-Wandler (24 ) abwärtszuwandeln, wobei der Mischer (22 ) umfaßt; ein Eingangsfilter (12 ), das angeschlossen wird, um das ZF-Signal an einen Zerhackerübergang zu übertragen; Oszillatormittel (23 ) für das Erzeugen eines Rechteckwellensignals, das eine Festfrequenz aufweist, die nicht gleich einer Frequenz des ZF-Signals ist; einen Feldeffekttransistor (11 ), der einen ersten und einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß und einen Steueranschluß aufweist, wobei der erste Eingangs-/Ausgangsanschluß an einen Zerhackerübergang angeschlossen wird, wobei der zweite Eingangs-/Ausgangsanschluß an Erde angeschlossen wird, und wobei der Steueranschluß an die Oszillatormitteln (23 ) angeschlossen wird, um das Rechteckwellensignal zu empfangen, so daß der Feldeffekttransistor (11 ) das ZF-Signal in Übereinstimmung mit der Rechteckwelle zerhackt, um ein abwärtsgewandeltes ZF-Signal zu erzeugen; und ein Ausgangsfilter (13 ), das einen Eingang aufweist, der mit dem Zerhackerübergang gekoppelt ist, wobei das Ausgangsfilter (13 ) einen Frequenzgang für das Auswählen des abwärtsgewandelten ZF-Signals aufweist. - Empfänger nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anpassungsschaltung (
12 ), die eine Isolation zwischen dem ZF-Abschnitt und dem Zerhackerübergang bereitstellt. - Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ausgangsfilter (
13 ) aus einem Tiefpaßfilter besteht, das zwei Operationsverstärker (46 ,47 ) enthält. - Empfänger nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Oszillatormittel (
23 ) aus einem Mikroprozessor (23 ) bestehen, der das Rechteckwellensignal generiert. - Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Feldeffekttransistor (
11 ) aus einem P-Kanal-JFET besteht. - Verfahren zum Empfangen eines Rundfunksignals, umfassend das: Verwenden eines Zwischenfrequenzabschnittes (ZF), der eine analoge Abstimmvorrichtung (
21 ) enthält, um ein ZF-Signal aus einem Hochfrequenz-Rundfunksignal zu generieren; Digitalisieren des ZF-Signals durch einen Analog-Digital-Wandler (24 ); und Demodulieren des digitalisierten ZF-Signals durch einen digitalen Signalprozessor (25 ); gekennzeichnet durch das Abwärtswandeln des ZF-Signals vor der Zuführung zu dem Analog-Digital-Wandler (24 ), wobei die Abwärtswandlung folgende Schritte umfasst: Empfangen des ZF-Signals an einem Zerhackerübergang; Erzeugen eines Rechteckwellensignals, das eine Festfrequenz aufweist, die nicht gleich einer Frequenz des ZF-Signals ist; Zerhacken des ZF-Signals durch einen Feldeffekttransistor (11 ), der einen ersten und einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß und einen Steueranschluß aufweist, wobei der erste Eingangs-/Ausgangsanschluß an dem Zerhackerübergang angeschlossen wird, wobei der zweite Eingangs-/Ausgangsanschluß an Erde angeschlossen wird, und wobei der Steueranschluß an den Oszillatormitteln (23 ) angeschlossen wird, um das Rechteckwellensignal zu empfangen, so daß der Feldeffekttransistor (11 ) das ZF-Signal in Übereinstimmung mit der Rechteckwelle zerhackt, um das abwärtsgewandeltes ZF-Signal zu erzeugen; und Auswählen des abwärtsgewandelten Signals durch ein Ausgangsfilter (13 ), das einen Eingang aufweist, der mit dem Zerhackerübergang gekoppelt ist.
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